Industrie 4.0 erfordert massives IoT und nahtlose Konnektivität

Um die Vorteile von Industrie-4.0-Anwendungen und -Diensten nutzen zu können, ist ein massiver Einsatz von Sensoren, Gateways und Cloud-Computing-Systemen mit nahtloser Konnektivität erforderlich.

Einige Leute denken, dass das Internet der Dinge (IoT) immer eine drahtlose Konnektivität erfordert. Dieses Missverständnis ergibt sich aus der massiven Nutzung von Mobilgeräten, Wearables und anderen verbundenen Geräten, die nicht physisch an ein kabelgebundenes Netzwerk angeschlossen sind.

Die Realität sieht so aus, dass der größte Teil des industriellen Internets über verkabelte Netzwerke erreicht wird und Ethernet immer noch das Rückgrat der Konnektivität in den meisten Fabriken weltweit ist.

Wenn drahtlose Konnektivität erforderlich ist, helfen neue Technologien wie Low-Power Wide-Area Networks (LPWANs) wie Sigfox, LoRaWan und NB-IoT bei der Verwaltung von Millionen von IoT-Geräten in lokalen und entfernten Einrichtungen.

Kabelgebundene industrielle Konnektivität und M2M gibt es schon seit Jahrzehnten

Viele Branchen haben seit den 1980er Jahren von irgendeiner Form der kabelgebundenen Datenkonnektivität profitiert, hauptsächlich unter Verwendung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), die mit 24 V arbeiten, was als globaler Spannungsstandard und digitale Sprache für industrielle Anwendungen gilt.

1990 wurde mit der zweiten Generation von Mobilfunknetzen (2G) und den SIM-Karten die drahtlose Kommunikation für industrielle Konnektivitätsdienste eingeführt, die zellulare Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M).

M2M ermöglichte es der Industrie, ferngesteuert auf Maschinen zuzugreifen und diese zu steuern, Hunderte von verbundenen Geräten einzusetzen und Informationen überall dort zu sammeln, wo ein Mobilfunknetz verfügbar war. Rückblickend ist M2M das Gerüst dessen, was wir heute IoT nennen. Die meisten verbleibenden M2M-Konnektivitäten funktionieren über den 2G-GPRS-Standard, der eine 2G-EDGE-Abdeckung und SIM-Karten erfordert.

Die intelligente Fabrik von heute verwendet eine Mischung aus kabelgebundenen und drahtlosen Technologien, die durch Time-Sensitive Networking (TSN) zusammenarbeiten.

TSN ist eine Reihe von Standards, die von IEEE 802.1 spezifiziert werden, um es Ethernet-Netzwerken zu ermöglichen, QoS-Garantien für zeitkritischen und unternehmenskritischen Datenverkehr und Anwendungen zu geben. TSN ist eine Toolbox, die vier Kategorien von Tools umfasst:Ressourcenverwaltung, Traffic-Shaping, Zuverlässigkeit und Zeitsynchronisierung.

Im Wesentlichen ist ein TSN-basiertes industrielles Kommunikationsnetzwerk ein konvergiertes System, das eine Mischung verschiedener Verkehrsarten ermöglicht. Die Serviceanforderungen reichen von Best-Effort-Verkehr bis hin zu kritischem Echtzeitverkehr. TSN sorgt für die Konvergenz vieler verschiedener Dienste, die in einem gemeinsam genutzten Netzwerk ausgeführt werden, und verfügt dennoch über Tools zur Priorisierung zeitkritischer Dienste.

Für die meisten Verbindungen sind LPWAN-Netzwerke die beste Option

Mit der Einführung von Long-Term Evolution (LTE) oder 4G-Netzen wurde eine neue Reihe von Diensten und Möglichkeiten für Industrie und Verbraucher verfügbar. LTE ermöglicht mehrere Konnektivitätstypen, einschließlich schneller Datenübertragung, geringer Latenz, Voice-over-IP (VoIP) und Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWAN).

Die gebräuchlichsten industriellen Versionen von 4G-Netzen basieren auf LTE-M, das zum neuen M2M geworden ist, und Narrowband-IoT (NB-IoT). Beide Dienste sind für massives IoT konzipiert und ermöglichen die Konnektivität für Millionen von angeschlossenen Geräten mit geringem Stromverbrauch.

Darüber hinaus sind andere LPWAN-Netzwerke, die nicht auf Mobilfunkverbindungen angewiesen sind, weit verbreitet, darunter LoRaWAN, Sigfox und Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah).

Die meisten Industrieverbindungen benötigen kein 5G, das sich noch in der Anfangsphase der Einführung befindet

In den letzten zwei Jahren gab es viel Aufhebens um 5G und seine Versprechungen von atemberaubenden Geschwindigkeiten und ultraniedrigen Latenzzeiten für kritische Verbindungen.

Bild mit freundlicher Genehmigung von Ericsson.

Die Realität ist, dass über 99 % der industriellen und professionellen IoT-Verbindungen diese einzigartigen Funktionen nicht benötigen. Wenn ein Mobilfunkdienst gewünscht wird, können 4G, LTE-M und NB-IoT die Bandbreite und massive IoT-Konnektivität bereitstellen, die für die Anwendungen von heute und morgen erforderlich sind.

Darüber hinaus werden die vollständigen Spezifikationen von 5G zur Aktivierung einiger seiner wichtigsten Funktionen noch von 3GPP und anderen Regulierungsbehörden definiert. Es würde noch einige Jahre dauern, bis die 5G-Netze bereit sind, die Dienste bereitzustellen, die einige kritische IoT-Anwendungen benötigen.

„5G wird wirklich benötigt, wenn Sie einige spezielle Funktionen benötigen. Die Rede ist von höherwertigen, geringeren Latenzzeiten, viel mehr Verbindungen oder Verbindungspunkten, an denen Sie tatsächlich Probleme mit der Überlastung des LTE haben. Die ganze Vorstellung, dass 5G für das großflächige zellulare IoT benötigt wird, ist also nicht wirklich wahr.“ sagt Marie Hogan, Leiterin IoT und Breitband bei Ericsson.